ГБОУ ВПО УГМА Минздравсоцразвития РФ кафедра биохимии

ГБОУ ВПО УГМА Минздравсоцразвития РФ кафедра биохимии лекция 28 Биохимия соединительной ткани Лектор зав. каф. биохимии доктор медицинских наук профессор Мещанинов Виктор Николаевич 2012 г - Екатеринбург

План • 1. Основные функции соединительной ткани. Морфологическая и биохимическая характеристика компонентов ткани. Особенности аминокислотного состава, и физико-химических свойств основных структурных белков. • 2. Биосинтез коллагена, образование фибриллярных структур. • 3. Гликозаминогликаны основного вещества, строение, биосинтез, биологическая роль, продукты распада. . • 4. Специфические черты метаболизма соединительной ткани, гормональная регуляция. • 5. Понятие о коллагенозах и мукополисахаридозах. Химический состав костей. • 6. Биохимические тесты в диагностике заболеваний соединительной ткани. •

Химический состав соединительной ткани • • • вода (63%. ) плотные вещества (37%), из них коллаген 85% эластин 4, 4% ретикулин 0, 5% альбумины и глобулины 0, 6% гликозоаминогликаны (ГАГ) 3, 5 % липиды 2, 8% экстрактивные вещества 3, 2% неорганические вещества 0, 5%

Белки соединительной ткани Коллаген глицина 33%, аланина 11%, пролина и оксипролина 21%, лизина и оксилизина 1 -3%. Вторичную и третичную структуру тропоколлагена составляет трехцепочная молекула, в которой 2 цепи одинакового аминокислотного состава, а 3 -я с небольшим отклонением.

Проли н — гетероцикическая иминокислота. Пролином богат основной белок соединительной ткани — коллаген В организме пролин синтезируется из глутаминовой кислоты. Пролин, как и гидроксипролин, в отличие от других аминокислот, не образует с нингидрином пурпура Руэмана, а дает желтое окрашивание. В составе коллагена пролин при участии аскорбиновой кислоты окисляется в гидроксипролин. Чередующиеся остатки пролина и гидроксипролина способствуют созданию стабильной трёхспиральной структуры коллагена, придающей молекуле прочность.

пролин

гидроксипролин

• Гидроксипролин входит в состав белка коллагена и желатина. Синтезируется из пролина при участии кислорода и витамина C. • 4 -Гидроксипролин содержится в моче. Среднесуточное выделение для здорового человека составляет 226± 62 мкмоль.

Гидроксипролин

Коллаген 1 -третичная структура; 2 -молекула тропоколлагена; З -коллагеновое волокно.

Эластин В состав первичной структуры проэластина входят необычные аминокислоты (десмозин, лизиннорлейцин).

Свойства белков соед. тк. 1. эластичность, 2. прочность, 3. волокнистость, 4. плохая растворимость в воде, 5. устойчивость к денатурации, 6. плохая перевариваемость в желудочнокишечном тракте, 7. низкая антигенность, 8. биологическая неполноценность из-за особого аминокислотного состава.

Десмозин

Обмен и распад коллагена • Время полужизни (Т 1/2) – недели – месяцы. • Скорость биосинтеза и деградации сбалансированы. • Распад – специальный фермент коллагеназа ( «разрезает» сразу 3 пептидные цепи тропоколлагена па ¼ расстояния от С-конца между глицином и лейцином).

4 типа коллагена: • 1 - сухожилий, связок, • II -хрящей, • III - кровеносных сосудов, кожи, кишечника • IV - базальных мембран. • Протеогликаны - Белки промежуточного вещества • состав • гликозоаминогликаны (ГАГ-95%) и белки - альбумины и глобулины (5%)

Структура ГАГ (димеры, повторяющиеся). Различают ГАГ: гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарансульфат, гепарин. В состав ГАГ входят уроновые кислоты (глюкуроновая или идуроновая)

• Биологическая роль ГАГ: связывание воды, двухвалентных катионов (Са++ и Мg++), участие в образовании фибрилл, деградации хиломикронов (гликопротеидов), антикоагулянтные свойства (гепарин), факторы агрегации клеток.

• Синтез и распад ГАГ осуществляется в ЭР фибробластов с участием УТФ, ацетил Ко. А, ФАФС и других метаболитов. • Распад ГАГ регулируется ферментами лизосом фибробластов.

Синтез гликозамингликанов (фибробласты эритроцитов) Глюкоза АТФ Глюкоза-6 -фосфат Глюкозо-1 -фосфат УДФглюкоза Фруктозо-6 -фосфат АТ УТФ Глюкозоамин-6 фосфат УДФгалактоза УДФ-идуро новая к-та УДФ-глюку ронова к-та Гликозамингликаны ФАФС глутамин N-ацетил-глюкозоамин 1 -фосфат УДФ-N-ацетилглюкозамин УДФ-N-ацетилгалактозамин

Распад ГАГ Гиалуронидаза (микробов) Уроновые кислоты (глюкуроновые и идуроновые кислоты Включение в биосинтез Окисление до СО 2 и Н 2 О Почки (моча) β-глюкоуронидаза (лизосом) Ацетилглюкозоамин (АГА) Включение Окисление до в СО 2 , Н 2 О , NH 3 биосинтез HSO 4

Глюкозамингликаны СООН Н О I СН 2 ОН Н О О . . О Глюкуроновая кислота НО О. . Н NHN-ацетилглюкозамин C=О СН 3 Гиалуроновая кислота

II СООН Н О СН 2 -О-SO 3 Н Н О О . . О Глюкуроновая кислота О. . НО N-ацетил. NH C=О галактозамин Хондроитин-6 -сульфат СН сульфат 3 III Н СООН Н О . . О Глюкуронатсульфат СН 2 -О-SO 3 Н Н О О НО O-SO 3 H Гепарин Н О. . O N-сульфо. N-C-CH 3 глюкозамин. SO 3 H сульфат

Клетки соединительной ткани. Фибробласты • Синтез коллагена и протеингликанов в ЭР. • Много митохондрий. • В зоне репарации появляются через 1 -2 суток. • Синтез фибронектина и выброс в среду, в кровь. • Функции фибронектина – «наведение» фагоцита на «объект» фагоцитоза. • Обеспечивает фагоцитарную активность клеточных элементов (неспецифическая защита).

Тучные клетки • Синтез гепарина, гистамина, серотонина, ДОФамина. • Участвует в аллергии, связывают Ig. E. • Состав. Y x 106(клеток) • Гепарин 5 ммоль • Гистамин 300 ммоль • Серотонин 6 ммоль • ДОФамин 1 ммоль • Медл. Реагирующий фактор следы • Хемотаксический Фактор следы • Антигистаминовые в-ва(тавегил) – блокирующие Н 1 рецепторы клеток мишеней, препятствуют действию гистамина.

Регуляция обмена соединительной ткани • гормоны и биологически активные вещества. • глюкокортикоиды - ингибиторы синтеза белков соед. Тк. • минералокортикоиды, андрогены (тестостерон) соматомедин - активаторы синтеза белков соед. Тк.

Регуляция обмена соединительной ткани И Глюкокортикоиды Старение организма Синтез коллагена и ГАГ протеогликанов Минералокортикоиды А Андрогены (тестостерон) Соматомедин – включение Сульфатов в ГАГ (ФАФС)

Старение соединительной ткани • уменьшение содержания воды и отношения основное вещество/волокна • снижение содержания гиалуроновой кислоты • изменение соотношение отдельных гликанов •

изменение физико-химических свойств коллагена • увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей, • снижение эластичности и способности к набуханию, • развитие резистентности к коллагеназе, повышение структурной стабильности коллагеновых волокон (созревание = старение коллагена).

нарушение процесса гидроксилирования коллаген при цинге Коллаген, синтезированный при дефиците аскорбиновой кислоты, недогидроксилирован и имеет пониженную температуру плавления, не может образовать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов.

Заболевания соединительной ткани (Коллагенозы) • • • Системная красная волчанка (СКВ). Системная склеродермия. Дерматомиозиты. Болезнь Шегрена. Синдром Рейтера. Ревматизм. Общее название- ревматические болезни (РБ).

Наследственные болезни соединительной ткани - «лизосомные болезни» - энзимопатии лизосомных ферментов, ответственных за распад гликозоамингликанов (ГАГ) соединительной ткани.

Наследственные коллагенозы Болезнь Дефект Последствия Несовершенный проколлаген-а-1 сниж. Колл. Типа I остеогенез проколлаген I тип а-2(I) аномалия фибрилл II тип а-1(I) нестаб. 3 я спираль III тип а-2(I) и а-1(I) сниж. раств. Прок. I проколлаген а. Синдром Марфана 2(I) нар. обр. попер. сшивок

• Ревматизм (РБ) - системное воспалительное заболевание соединительной ткани, характеризующееся преимущественной локализацией процесса в сердечно-сосудистой системе, в связи с инфекцией, вызванной бета-гемалитическим стрептококком группы А.

Этиология РБ • 1. Инфекционные ф-ры ( -гемолитический стрептококк гр. А). • 2. Генетический ф-р (гены локуса D/DR (DR-2, DR-3, DR-4)). • • 3. Иммунологические ф-ры (Иммунологические маркеры, и их связь с локусом R главного комплекса HLA-антигены – поверхностные структуры клеток – кодированы генами в 6 хромосоме •

Патохимия • диффузные воспалительные процессы соединительной ткани с нарушением структуры соединительной ткани • нарушение иммунитета •

Клиника ревматизма • Большие критерии: кардит, полиартрит, малая хорея, кольцевидная эритема, ревматические узелки. • Малые критерии: наличие в анамнезе типичной ревматической атаки, ревматического порока сердца, артралгии, лихорадки (повышение о температуры тела до 38 С и выше).

Тесты лабораторной диагностики при заболеваниях соединительной ткани • • СОЭ ; эритроциты (гиперхромная анемия), , ; лейкоциты (N, , ); антитела к стрептококковым антигенам (антистрептолизин-О); • антигиалуронидаза, антистрептокиназа); • антинуклеарные факторы (в сыворотке пожилых людей в 15% случаях);

• • • СРБ ( альфа- глобулин ) ; Fе ; Сu ; комплемент (в большинстве случаев) ; LЕ - клетки ; Ig(J, A, M, E) ; белок в моче ( протеинурия) ; 1 -антитрипсин ; 2 -макроглобулин. ; фибриноген, серомедиоид ; ревматоидный фактор ;

В суставной жидкости: • белок ; • ревматоидный фактор ; • лейкоциты ; • фагоциты ; • коллагеназа суставной жидкости и крови ;

• • • Эритроциты ; Лейкоциты (сдвиг влево); СОЭ ; 2 глобулин (СРБ, церуллоплазмин, гаптоглобин) ; 1 серомукоид ; глобулин (Ig. J, Ig. A, Ig. M) ; фибриноген ; гиалуроновая кислота ; дифениламиновая проба ;

• • • атистрептолизин-О ; антистрептогиалуронидаза ; антистрептокиназа ; оксипролин крови и мочи ; трансаминазы (АСТ, АЛТ) ; КФК ; ЛДГ 4, ЛДГ 5 ; Гидроксибутиратдегидгогеназа ; Холинэстераза ;

CRP наиважнейший белок острой фазы воспаления

Общие сведения о С-РБ • Ген CRP находится на 1 -й хромосоме в локусе 1 q 21 -q 23. • Молекула белка состоит из 224 остатков, имеет молярную массу мономера 25 106 Да • По форме представляет собой пятичленный кольцевой диск. • Белок является членом небольшого семейства пентраксинов (англ. pentraxin).

Референтные значения нормы СРБ в плазме крови N - СРБ < 5 мг/л При системном воспалительном ответе 5, 0 – 500, 0 мг/л

C-реактивный белок Физиология – Синтезируется в печени – Время полужизни 12 -24 ч Патофизиология – Синтез увеличивается > 10 000 раз при обширном воспалении через 6 - 10 ч после начала воспаления или деструкции ткани

Новое клиническое применение СРБ Традиционно использовался как маркер острой фазы воспаления Новое использование высокочувствительного теста CRP HS • Независимый показатель риска при заболеваниях коронарных артерии и прогностический критерий исхода сердечнососудистых заболеваний

Хондропротекторы

• 1. препараты, содержащие хондроитинсерную кислоту - хондроитинсульфат. Наряду с гиалуроновой кислотой хондроитинсерная кислота участвует в образовании основного вещества соединительной ткани. Из хрящей крупного рогатого скота получают хондропротектор хонсурид,

• 2. хондропротекторы - экстракты хрящей и костного мозга молодых животных ( румалон

• 3. артепарон (мукополисахаридный полиэфир серной кислоты), который по структуре и действию сходен с хондроитинсерной кислотой.

• 4. препараты глюкозамина – структурная основа суставного хряща, входит в состав эндогенных глюкозаминоглюканов хрящевой ткани, стимулирует синтез протеогликанов и коллагена, восстанавливает ферментативные процессы в клетках синовиальной мембраны и суставного хряща, связывает свободные радикалы, ингибируют лизосомальные ферменты.